某設(shè)備電磁兼容測試整改實例分析

高榮山

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某設(shè)備電磁兼容測試整改實例分析

高榮山

（中國電波傳播研究所，山東青島 266107）

對某設(shè)備在電磁兼容測試中出現(xiàn)的問題進行了分析，分別對電源線傳導發(fā)射和電場輻射發(fā)射測試不達標提出了提高電磁兼容性能的整改方案，尤其對設(shè)備開關(guān)電源輻射超標和改進措施進行了分析，對整改前后結(jié)果進行試驗驗證，證明整改措施合理有效。

電磁兼容測試 傳導發(fā)射 輻射發(fā)射 開關(guān)電源 功率因數(shù)校正

0 引言

某設(shè)備按照GJB151A/152A進行電磁兼容性(EMC)測試，測試項目包括發(fā)射干擾和干擾敏感度共5項，測試中發(fā)現(xiàn)CE102(10 kHz～10 MHz，電源線傳導發(fā)射)和RE102(2 MHz～l8 GHz，電場輻射發(fā)射)不達標。其中， CE102傳導發(fā)射測試中在100 kHz以下有2個超過極限值的頻點；RE102電場輻射發(fā)射測試時，2~10 MHz、30~120 MHz以及250~300 MHz頻段內(nèi)均有超過極限值的頻點。經(jīng)過分析、定位、整改、驗證，最終通過測試。

1 設(shè)備組成

該設(shè)備主要由電源、發(fā)射機、接收機、KVM一體機和加固計算機等組成，所有設(shè)備均安裝在19英寸機柜上。其中，加固計算機包括數(shù)字接收機和系統(tǒng)主機，均為CPCI板卡形式，設(shè)備電源為1kW開關(guān)電源，輸出直流24 V和48 V。CPCI加固計算機為控制中心，通過CAN總線控制發(fā)射機，通過RS422接口控制接收機并對接收機輸出中頻信號進行數(shù)字接收處理，人機交互接口通過KVM一體機實現(xiàn)。

設(shè)備框圖如圖1所示：

圖1 設(shè)備系統(tǒng)框圖

2 設(shè)備電磁兼容設(shè)計及分析

考慮到無線電系統(tǒng)要求設(shè)備底噪盡可能低，設(shè)備方案設(shè)計時就從電路板級設(shè)計、接地、屏蔽設(shè)計等方面進行了電磁兼容設(shè)計，具體包括在開關(guān)電源設(shè)計、電路板布局和布線時均考慮噪聲干擾和電磁干擾問題；結(jié)構(gòu)工藝中對發(fā)射機、電源等機箱安裝導電襯墊和通風波導；設(shè)備機柜內(nèi)使用接地銅板設(shè)置安全地、數(shù)字地、模擬地，在機柜接地端匯流實現(xiàn)單點接地。同時考慮設(shè)備使用時對外的電磁輻射干擾，對設(shè)備發(fā)射波形進行成型濾波，減小設(shè)備亂真發(fā)射。但設(shè)備是否符合GJB151A/152A有關(guān)地面設(shè)備的電磁兼容要求，還需進行測試進行分析和評估。

3 電磁兼容測試

設(shè)備進行電磁兼容測試時所有設(shè)備加電、運行設(shè)備軟件并工作正常，但發(fā)射機不在測試頻段內(nèi)進行功率發(fā)射。測試項目包括發(fā)射干擾（CE102、RE102）和干擾敏感度（CS101、cS114、CS116）共5項。測試時干擾敏感度均順利通過，但CE102、RE102測試存在超標頻點，其中，CE102傳導發(fā)射測試在100 kHz以下有2個超過極限值的頻點，測試結(jié)果如圖2所示。RE102電場輻射發(fā)射測試時，3~30 MHz、30~200 MHz頻段內(nèi)存在多個超過極限值的頻點，測試結(jié)果如圖3、圖4所示。

圖2 CE102測試結(jié)果(AC 220 L線 )

圖3 RE102測試結(jié)果（2~30 MHz）

圖4 RE102測試結(jié)果（30~200 MHz 垂直極化）

4 電磁兼容整改及驗證

4.1 電源線傳導發(fā)射（CE102）

電源線傳導發(fā)射主要測試機柜輸入電源線的傳導發(fā)射，100 kHz以下的干擾主要為差模傳導干擾信號。檢查電源輸入濾波器設(shè)計中差模濾波僅通過一個磁環(huán)，考慮增加差模濾波電感。整改中在電源交流輸入火線和零線上各串聯(lián)一個鐵粉芯繞制電感，電感值約1uH，同時增加一級共模抑制器，最終測試合格。

圖5 整改后CE102測試結(jié)果

4.２ 電場輻射發(fā)射（RE102）

設(shè)備RE102測試頻段為2 MHz~18 GHz，針對測試中多個頻段均有超標頻段的情況，采取各個分機單獨測試的方法進行主要輻射源的查找和定位，主要結(jié)果如下：

1) 開關(guān)電源在2~10 MHz、30~120 MHz頻率范圍內(nèi)存在不合格頻點；

2) KVM一體機在30~200 MHz范圍內(nèi)存在不合格頻點；

3) 發(fā)射機和接收機射頻設(shè)備的晶振、本振頻率存在泄漏，但不超標。

開關(guān)電源在2 MHz至10 MHz直接的輻射主要為開關(guān)電源開關(guān)頻率及其諧波影響，30 MHz以上的輻射主要為開關(guān)管開關(guān)噪聲和整流二極管的反向恢復(fù)電流，采取對電源整體屏蔽技術(shù)，對連接電路進行多點接地，增大DC輸出端共模電感電量并增加CBB并聯(lián)電容的整改措施，結(jié)果10 MHz以下干擾降低明顯，但30~120 MHz仍不滿足要求。

經(jīng)分析電源工作原理如圖6所示，電源由輸入濾波、整流、功率因數(shù)校正電路后經(jīng)開關(guān)轉(zhuǎn)換、二次整流、濾波后輸出。在電源空載情況下將PFC單元短路，測試30~120 MHz頻段干擾明顯降低，判斷PFC電路為干擾源。

圖6 開關(guān)電源工作原理框圖

采取整改措施：

1) PFC升壓二極管由一般肖特基二極管改用SiC二極管并串聯(lián)磁珠、并聯(lián)吸收電阻；

2) 在PFC控制開關(guān)管D、S腳之間加高壓陶瓷電容；

3) 在PFC電路輸出連接變壓器端增加CBB電容。

整改后恢復(fù)到電源正常工作狀態(tài)進行測試，測試結(jié)果滿足要求。

對于KVM一體機，經(jīng)過診斷，發(fā)現(xiàn)在KVM一體機的顯示器邊角上存在比較大的泄漏，針對此現(xiàn)象，整改如下：

1) 增加KVM一體機中顯示器內(nèi)部金屬絲網(wǎng)與結(jié)構(gòu)件接觸面積，并對顯示器內(nèi)部電路采取進一步的屏蔽措施；

2) 屏蔽電纜在進設(shè)備時屏蔽層必須與屏蔽體360°的接觸，保證阻抗足夠小。

對其他設(shè)備機箱安裝孔、縫隙、電纜進線端等易對外產(chǎn)生泄漏的位置進行封堵，減小電磁波對外泄漏途徑。整改后對設(shè)備整機進行測試，在280 MHz左右仍存在超標限值約1 dB的頻點，如圖7所示。

將機柜內(nèi)設(shè)備連接線纜做屏蔽處理，將電纜兩端接地，將中間端與機柜地搭接，并進行分類固定處理，最終測試合格，如圖8所示。

圖7 分機整改后RE102測試結(jié)果（2 MHz~18 GHz 垂直極化）

圖8 整改后RE102測試結(jié)果

5 結(jié)語

系統(tǒng)設(shè)備的電磁兼容測試需要考慮的問題很多，測試中應(yīng)對出現(xiàn)的問題對癥分析，采取相應(yīng)的措施。要順利通過測試，要求在系統(tǒng)設(shè)計中仔細分析可能引起電磁輻射和敏感度失效的電路并采取相應(yīng)的措施，尤其是開關(guān)電源，在設(shè)計之初就應(yīng)確定采取的拓撲結(jié)構(gòu)和電磁兼容措施，同時考慮PCB布局、布線、屏蔽、接地等措施，才能保證設(shè)備整機的抗干擾性能。

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A Modification Case of EMC Test to an Equipment

Gao Rongshan

(China Research Institute of Radio-wave Propagation, Qingdao 266107, Shandong, China)

TM397

A

1003-4862（2014）02-0051-03

2013-07-23

高榮山（1980-），男，高級工程師。專業(yè)方向：無線電技術(shù)及信號處理。